TWI839999B - 燃油引擎機車的高效節能穩壓器 - Google Patents
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Abstract
本發明為一種燃油引擎機車的高效節能穩壓器，係設置在燃油引擎機車的發電機與電力負載端之間，電力負載端如車燈、電腦等消耗電力之設備，該穩壓器包含一整流儲能電路以及一直流轉換電路(DC TO DC)，該發電機產出的交流電經該整流儲能電路整流成直流電後，再由該直流轉換電路根據負載端的耗能調節其直流電輸出電壓後供應至負載端，當發電機的發電量超過該負載端所需的電力時，可藉由一高壓電容儲存電能，藉此當負載端消耗功率增加時，即可優先由該高壓電容釋出電力，減輕引擎帶動發電機時磁阻的功耗，使引擎運轉帶動發電機的電能轉換效率提高，達到省油之目的。
Description
本發明為一種提供燃油引擎機車使用的穩壓器，技術內容涉及整流儲能電路、直流轉換電路(DC TO DC)和高壓電容，藉此讓發電機產出的多餘電力能夠儲存在高壓電容內，並在負載端消耗功率增加時，優先由該高壓電容釋出電力，減少發電機磁阻，進而提升引擎及發電機的運轉效率，達到省油、節能之目的。
一般燃油機車係藉由引擎同步帶動發電機持續運轉來產生電力，發電機所產生的電力可供應燃油引擎機車的負載所需以及對電瓶充電，例如車燈、喇叭、燃油引擎機車的電腦、USB充電埠等燃油引擎機車的負載，確保機車能夠正常運作。
前述發電機運轉輸出的交流電，須經由一整流穩壓電路轉變成直流電後，再供應至燃油引擎機車的負載、電瓶等負載端；習知整流穩壓電路主要是以複數SCR(矽控整流器)所構成；在發電機持續輸出固定功率的情況下，SCR能夠分別利用開路或短路方式調整輸出至負載端的電壓，使負載端維持在其所能承受的範圍內，而SCR則會因為零件特性，在電流通過時損耗多餘的電力，並產生高溫。
舉例來說，當大功率的燃油引擎機車的負載持續開啟，或同時有多數個燃油引擎機車的負載開啟時，SCR會縮短不導通的時間並呈現長時間短路的狀態，藉此調整流往負載端的供電，此時SCR會承受輸出電流而讓零件溫度上升，在長時間使用下，最終可能使SCR溫度過高而無法斷路，造成負載端因持續輸入過高的電壓而損壞。
同時，因大功率的燃油引擎機車的負載或多數個燃油引擎機車的負載開啟，讓發電機的磁阻持續處於高負荷的狀態，在長時間使用下，發電機也會因為SCR過熱或無法斷路的原因，而導致引擎不斷地以較大的
動力持續驅動發電機而讓油耗表現不佳。據本發明人長期追蹤及研究，利用SCR所構成整流穩壓電路，讓電能轉換效率只剩下40%~80%。
有鑑於SCR運作時會產生高溫問題，本發明人曾經研發公告第M477600號可調節輸出功率的機車穩壓器，其結構能偵測輸入至負載端的電壓進而對SCR進行相位調變，藉此讓穩壓器能夠依照負載端所需的電壓大小來調節發電機的輸出功率，使得引擎動力輸出可以有效率的驅動機車行駛，不但可以省油，穩壓器也可以減少不必要的熱能消耗，延長使用年限。
上述已知技術經本發明人實際使用，確實能讓穩壓器的溫度降低，延長使用壽命及提高能源轉換效率，但礙於SCR元件本身的運作特性，仍然會產生不必要的功耗及高溫，進而影響引擎及發電機的能源轉換效率，讓機車的省油表現仍有所侷限，因此本發明人設想，如何改善傳統SCR運作時產生的功耗，又不影響電壓調整的功能，並且提升引擎及發電機的運轉效率，將是本發明人所欲改善的問題。
本發明之目的在於提供一種使用在燃油引擎機車上的穩壓器，該穩壓器能讓發電機產出的多餘電力儲存在一高壓電容內，並在負載端消耗功率增加時，優先由該高壓電容釋出電力，減少發電機磁阻，進而提升引擎及發電機的運轉效率，達到省油、節能之目的。
為達成上述目的，本發明為一種燃油引擎機車的高效節能穩壓器，係設置在燃油引擎機車的引擎帶動之發電機與電力負載端之間，包含一整流儲能電路以及一直流轉換電路(DC TO DC)，其中，該整流儲能電路包含一整流電路、以及一電連接於該整流電路之輸出端的高壓電容，該發電機產出的交流電經該整流電路整流成直流電後，再由該直流轉換電路根據負載端的耗能調節其直流電的輸出電壓後供應至負載端，當發電機的發電量超過該負載端所需的電力時，多餘的電力能夠儲存在該高壓電容，藉此當負載端消耗功率增加時，可優先由該高壓電容釋出電力，經由該直
流轉換電路輸出至負載端。
藉由上述構造，本發明透過該整流儲能電路及直流轉換電路讓交流電經過整流穩壓後輸出，並且由該整流儲能電路的高壓電容儲存多餘電力，當負載端消耗功率增加時，優先從該高壓電容釋出電力，減輕引擎帶動發電機時磁阻的功耗，使引擎運轉帶動發電機的電能轉換效率提高至90%以上，達到高效、節能、省油之目的。
以下進一步說明各元件之實施方式：實施時，該直流轉換電路包含相互電連接的一控制電路、一能穩定直流電電壓的濾波電容、以及一迴授電路；當負載端消耗功率增加時，該迴授電路傳輸訊號至該控制電路，由該控制電路控制該高壓電容輸出適配的電壓至該濾波電容後提供給負載端。
實施時，該發電機為三相發電機；該整流電路由六個整流二極體所組成，每二個整流二極體串聯為一組，每組整流二極體相互並聯，且該三組並聯的整流二極體與該高壓電容並聯；每二個相互串聯的整流二極體在耦接的位置分別形成一節點，並且分別與該三相發電機輸出的U相線、V相線及W相線電連接。
實施時，該發電機為單相發電機；該整流電路由四個整流二極體所組成，每二個整流二極體串聯為一組，每組整流二極體相互並聯，且該二組並聯的整流二極體與該高壓電容並聯；每二個相互串聯的整流二極體分別在耦接的位置形成一節點，並且分別與該單相發電機輸出的U相線、V相線電連接。
相較於先前技術，本發明未採用已知技術中的SCR，而是讓發電機產出的交流電改由該整流儲能電路及該直流轉換電路經過整流穩壓後輸出，改善已知技術中使用SCR後產生高溫及不必要功耗的問題；且整流儲能電路之高壓電容能夠儲存發電機產出的多餘電力，當負載端消耗功率增加時，優先由該高壓電容釋出電力，減少發電機磁阻，進而提升引擎及發電機的運轉效率，達到省油、節能之目的。
以下依據本發明之技術手段，列舉出適於本發明之實施方式，並配合圖式說明如後：
100:發電機
101:三相發電機
102:單相發電機
200:負載端
10:整流儲能電路
11:整流電路
111:節點
20:直流轉換電路
21:控制電路
22:迴授電路
C1:高壓電容
C2:濾波電容
第一圖：本發明之系統示意圖。
第二圖：本發明使用三相發電機的電路圖。
第三圖：本發明使用單相發電機的電路圖。
如第一至三圖所示，本發明為一種使用在燃油引擎機車上的高校節能穩壓器，係設置在燃油引擎機車的引擎帶動之發電機100與電力負載端200之間，包含一整流儲能電路10以及一直流轉換電路(DC TO DC)20。
該整流儲能電路10包含一整流電路11、以及一電連接於該整流電路11之輸出端的高壓電容C1，該發電機100產出的交流電經該整流電路11整流成直流電後，再由該直流轉換電路20根據負載端200的耗能調節其直流電的輸出電壓後供應至負載端200，當發電機100的發電量超過該負載端200所需的電力時，多餘的電力能夠儲存在該高壓電容C1，藉此當負載端200消耗功率增加時，可優先由該高壓電容C1釋出電力，經由該直流轉換電路20輸出至負載端200。
藉由上述構造，本發明透過該整流儲能電路10及直流轉換電路20讓交流電經過整流穩壓後輸出，並且由該整流儲能電路10的高壓電容C1儲存多餘電力，當負載端200消耗功率增加時，優先從該高壓電容C1釋出電力，減輕引擎帶動發電機100時磁阻的功耗，使引擎運轉帶動發電機的電能轉換效率提高至90%以上，達到高效、節能、省油之目的。
實施時，該直流轉換電路20包含相互電連接的一控制電路21、一能穩定直流電電壓的濾波電容C2、以及一迴授電路22；其中，該迴授電路22偵測負載端200所需的電壓回傳至控制電路21，由該控制電
路21控制場效電晶體(MOSFET)開啟的工作時間，使該高壓電容C1得以輸出適配的電壓到濾波電容C2，進而使該濾波電容C2能獲得穩定的電壓輸出至負載端200，達到穩壓的目地。
亦即，當負載端200消耗功率增加時，經由該直流轉換電路20的控制即可優先由該高壓電容C1釋出電力，進而降低發電機100產生磁阻而造成引擎重載，達到省油之目的。
舉例來說，假設燃油引擎機車裝設有一12V的電瓶、以及一規格12V/55W的大燈，當引擎轉速約在4000~5000rpm左右時，可驅動發電機100產出的交流電經過該整流電路11整流後，由該直流轉換電路20調節而輸出約12.4V的電壓給大燈運作照明，若是在負載端200消耗功率不變的狀況下，發電機100所產生多餘電力能夠儲存在該高壓電容C1，而不會如已知技術般，將多餘的電力消耗掉。
反之，如果引擎轉速維持在約在4000~5000rpm不變的情況下，使用者開啟了其他大功率的燃油引擎機車的負載，讓負載端200的消耗功率大於發電量，不但會讓12V的電瓶呈放電狀態，該直流轉換電路20之迴授電路22會傳輸訊號至該控制電路21，由該控制電路21控制該高壓電容C1釋出適配的電力輸出至負載端200，盡量降低發電機100增加磁阻而造成引擎重載，進而提升引擎及發電機100的運轉效率，達到省油、節能之目的。
實施時，本發明可依據發電機規格的不同，而有原理相同但電路略有所不同的配置。如第二圖所示，該發電機100為三相發電機101；該整流電路11由六個整流二極體所組成，每二個整流二極體串聯為一組，每組整流二極體相互並聯，且該三組並聯的整流二極體與該高壓電容C1並聯；每二相互串聯的整流二極體分別在耦接的位置形成一節點111，並且分別與該三相發電機101輸出的U相線、V相線及W相線電連接。
如第三圖所示，該發電機100為單相發電機102；該整流電路11由四個整流二極體所組成，每二個整流二極體串聯為一組，每組整
流二極體相互並聯，且該二組並聯的整流二極體與該高壓電容C1並聯；每二相互串聯的整流二極體在耦接的位置分別形成一節點111，並且分別與該單相發電機102輸出的U相線、V相線電連接。
相較於先前技術，本發明未採用SCR，而是讓發電機100產出的交流電改由該整流儲能電路10及該直流轉換電路20經過整流穩壓後輸出，改善已知技術中使用SCR後產生高溫及不必要功耗的問題，同時又能達到整流穩壓的功能。
再者，本發明的整流儲能電路10之高壓電容C1能夠儲存發電機100產出的多餘電力，當負載端200消耗功率增加時，優先由該高壓電容C1釋出電力，減少發電機100產生磁阻而造成引擎重載，進而提升引擎及發電機100的運轉效率，達到省油、節能之目的。
以上實施例說明及圖式，僅舉例說明本發明之較佳實施例，並非以此侷限本發明之範圍；舉凡與本發明之目的、構造、裝置、特徵等近似或相雷同者，均應屬本發明之專利範圍。
100:發電機
101:三相發電機
200:負載端
10:整流儲能電路
11:整流電路
111:節點
20:直流轉換電路
21:控制電路
22:迴授電路
C1:高壓電容
C2:濾波電容
Claims (4)
- 一種燃油引擎機車的高效節能穩壓器，係設置在燃油引擎機車的發電機與負載端之間，該發電機藉由燃油引擎機車的引擎同步帶動發電；該穩壓器包含一整流儲能電路以及一直流轉換電路(DC TO DC)，其中，該整流儲能電路包含一整流電路、以及一電連接於該整流電路之輸出端的高壓電容，該發電機產出的交流電經該整流電路整流成直流電後，再由該直流轉換電路根據負載端的耗能調節其直流電的輸出電壓後供應至負載端；其特徵在於：當該燃油引擎機車的引擎帶動發電機的發電量超過該負載端所需的電力時，多餘的電力儲存在該高壓電容，當負載端消耗功率增加時，優先由該高壓電容釋出電力而經由該直流轉換電路輸出至負載端，進而減輕引擎帶動發電機時磁阻的功耗並減輕引擎重載，相對提升引擎及發電機的運轉效率，達到省油、節能之功效。
- 如請求項1所述之燃油引擎機車的高效節能穩壓器，其中，該直流轉換電路包含相互電連接的一控制電路、一能穩定直流電電壓的濾波電容、以及一迴授電路；當負載端消耗功率增加時，該迴授電路傳輸訊號至該控制電路，由該控制電路控制該高壓電容輸出適配的電壓至該濾波電容後提供給負載端。
- 如請求項1或2所述之燃油引擎機車的高效節能穩壓器，其中，該發電機為三相發電機；該整流電路由六個整流二極體所組成，每二個整流二極體串聯為一組，每組整流二極體相互並聯，且該三組並聯的整流二極體與該高壓電容並聯；二個相互串聯的整流二極體在耦接的位置形成一節點，並且分別與該三相發電機輸出的U相線、V相線及W相線電連接。
- 如請求項1或2所述之燃油引擎機車的高效節能穩壓器，其中，該發電機為單相發電機；該整流電路由四個整流二極體所組成，每二個整流二極體串聯為一組，每組整流二極體相互並聯，且該二組並聯的整 流二極體與該高壓電容並聯；二個相互串聯的整流二極體在耦接的位置形成一節點，並且分別與該單相發電機輸出的U相線、V相線電連接。
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